AGITACIÓM

INDICE

Resumen o Abstract 2

Introducción 3

Fundamento Teórico 4

Objetivos 12

Metodología 13

Resultados 14

Discusión de Resultados 26

Conclusiones 27

Bibliografía

28

Apéndice

Diagrama de Equipo 29

Datos del Laboratorio

Muestra de Cálculo

Datos Calculados

Análisis de Error

RESUMEN

En el presente informe se llevó a cabo la determinación de los valores de potencia consumida durante un proceso de agitación a diferentes velocidades del agitador y para distintos tipos de impulsor.

El factor de forma de los diversos impulsores a utilizar, tanto en modelo como en tamaño, determina una distinta aplicación del torque impulsor, y por consiguiente distintos valores de potencia para cada uno de los tipos de impulsores. Otro factor importante en el análisis es la posición del impulsor con respecto al fondo del tanque en el cual se realiza la agitación.

Con los diversos datos obtenidos, se construirán gráficas que nos permitan entender el comportamiento de los consumos de potencia para cada una de las velocidades escogidas en el agitador y analizaremos también los diversos factores involucrados en el cálculo de las potencias.

Conociéndose la importancia que adquiere los procesos de agitación en las diversas aplicaciones industriales, es más que evidente que el tema energético es un punto a considerar al querer realizar dicho proceso.

La práctica analizada en el presente informe se realizó el lunes 30 de marzo del presente año.

INTRODUCCIÓN

En el presente laboratorio llevado a cabo por los alumnos del laboratorio de operaciones unitarias se determinaron los valores de potencia consumida durante un proceso de agitación a diferentes velocidades del agitador y para los distintos tipos de impulsor.

Uno de los factores que influye en la potencia consumida es la forma del impulsor, tanto en modelo como en tamaño, ya que determina una distinta aplicación del torque impulsor, y por consiguiente distintos valores de potencia para cada uno de los tipos de impulsores. El otro factor importante en el análisis es la posición del impulsor con respecto al fondo del tanque en el cual se realiza la agitación, siendo para este laboratorio constante, ya que no se estudió este cambio de posición con el fondo.

Obtendremos 15 datos de torque variando la velocidad y forma del impulsor, también se analizaran los datos con deflector y sin deflector. Con los datos obtenidos, se construirán gráficas que nos permitan entender el comportamiento de los consumos de potencia para cada una de las velocidades escogidas en el agitador y analizaremos también los diversos factores involucrados en el cálculo de las potencias.

La importancia que adquiere los procesos de agitación en las diversas aplicaciones industriales, es más que evidente en el tema energético ya que es un punto a considerar al querer realizar dicho proceso.

Con esta práctica se pretendía analizar los distintos consumos de potencias consumidos por cada uno de los impulsores usados a diferentes velocidades en esta experiencia, asimismo analizar las variables que involucran esta, de manera que para el caso estudiado, escoger un impulsor que gaste la menor potencia considerando también las demás variables como viscosidad y densidad del fluido etc.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Agitación: se refiere al movimiento inducido de un material en una manera específica, normalmente en un patrón circulatorio dentro de algún tipo de contenedor.

Mezcla: es una distribución aleatoria, dentro y a través una de otra, de dos o más fases inicialmente separadas.

Propósitos de la agitación

Los líquidos se agitan con numerosos propósitos, dependiendo de los objetivos de la etapa del proceso. Dichos propósitos incluyen:

Suspensión de partículas sólidas.

Mezclado de líquidos miscibles, por ejemplo, alcohol metílico yagua.

Dispersión de un gas a través de un líquido en forma de pequeñas burbujas.

Dispersión de un segundo líquido, inmiscible con el primero, para formar una emulsión o suspensión de gotas finas.

Promoción de la transferencia de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado.

Tanques agitados

Los líquidos se agitan con más frecuencia en algún tipo de tanque o recipiente, por logeneral de forma cilíndrica y provisto de un eje vertical. La parte superior del tanque puede estar abierta al aire; pero generalmente está cerrada. Las proporciones del tanque varían bastante, dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. Sin embargo en muchas situaciones se utiliza un diseño estandarizado como el que se muestra en la figura 1.

FIGURA 1. Dimensiones estándares de un agitador.

IMPULSORES OAGITADORES

Los agitadores se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al eje del rodete, y aquellos que generan corrientes en direcciones tangencial o radial. Los primeros reciben el nombre de rodetes de flujo axial y los segundos rodetes de flujo radial.También suelen dividirse según la forma del rodete y los tres principales: son hélices y turbinas. Cada uno de ellos comprende muchas variantes y subtipos.

Agitadores de Hélice.-Son agitadores de flujo axial que operan a velocidades elevadas y empleados para líquidos de viscosidad baja. Debido a la persistencia de las corrientes de flujo, éstos agitadores son eficaces para tanques de gran tamaño. En tanques de gran altura, pueden disponerse dos o más hélices sobre el mismo eje, moviendo el líquido generalmente en la misma dirección. A veces dos agitadores operan en sentido opuesto creando una zona de elevada turbulencia en el espacio comprendido entre ellos:

FIGURA 2. Agitador marino de tres palas

Agitadores de Turbina.-Se asemejan a agitadores de múltiples y cortas paletas, que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales. Los agitadores de turbina son eficaces en un amplio intervalo de viscosidad. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea más eficaz.

FIGURA 3. Turbina simple de pala recta

FIGURA 4. Turbina de disco

FIGURA 5. Agitador de pala cóncava

TIPOS DE FLUJO

Para tanques agitados los tipos de flujos dependen de:

el tipo de rodete

las características del fluido.

del tamaño y proporción del tanque.

La velocidad del fluido tiene tres componentes:

La primera componente es radial y actúa en dirección perpendicular al eje del rodete.

La segunda es longitudinal y actúa en dirección paralela al eje del rodete.

La tercera es tangencial o de rotación y actúa en dirección tangencial a la trayectoria circular descrita por el rodete.

Las componentes radiales y longitudinales son importantes por cuando dan lugar al flujo necesario para que se produzca la mezcla. Para velocidades de giro elevadas la componente tangencial resulta ser perjudicial pues tiende a formar un vórtice de gran profundidad que de llegar al rodete favorece la introducción de burbujas de gas del exterior.

CONSUMO DE POTENCIA

Las variables que pueden ser controladas y que influyen en la Potencia consumida por el agitador son:

Dimensiones principales del tanque y del rodete: Diámetro del tanque (Dt), Diámetro del rodete (Da), altura del líquido (H), ancho de la placa deflectora (J), distancia del fondo del tanque hasta el rodete (E), y dimensiones de las paletas.

Viscosidad () y densidad () del fluido.

Velocidad de giro del agitador (N).

El cálculo de la potencia consumida se hace a través de números adimensionales, relacionando por medio de gráficos el número de Reynolds y el Número de Potencia. Estas gráficas dependerán de las características geométricas del agitador y de si están presentes o no, las placas deflectoras.

Número de Reynolds = esfuerzo de inercia / esfuerzo cortante

(1)

Da: Diámetro del impulsor (m)

N: Velocidad de rotación en rev /s

ρ : densidad de fluido en Kg/ m3

µ: Viscosidad en Kg/m.s

Número de Potencia = esfuerzo de frotamiento / esfuerzo de inercia

(2)

NP: Número de potencia (de gráficos)

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